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흰쥐 골격근의 허혈-재관류 손상에 미치는 Melatonin의 효과

Title
흰쥐 골격근의 허혈-재관류 손상에 미치는 Melatonin의 효과
Other Titles
Effect of Melatonin on Ischemia-Reperfusion Injury of Rat Skeletal Muscle
Authors
박혜준
Issue Date
2004
Department/Major
대학원 의학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
범진석
Abstract
골격근의 허혈-재관류 손상은 유리이식수술, 사지절단 후 재접합술, 지혈대 허혈손상, 급성 구획 증후군 및 동맥 폐색 후 혈관 재개 등과 임상 상황에서 발생할 수 있고, 손상 후 골격근에서 발생된 여러 독성물질에 의해 심부전, 호흡부전 및 신장기능부전 등 치명적인 후유증을 일으킬 수 있으며 사망에 이르기도 한다. 이러한 손상의 기전은 산소 유도성 자유기(oxygen-derived free radical)가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 멜라토닌 (melatonin; N-acetyl-5-methoxytryptamine)은 자유기 제거 기능과 항산화효과가 있는 것으로 밝혀지면서 다양한 조직의 허혈-재관류 손상이나 방사선 손상에 대한 강력한 보호와 손상 감소 효과가 보고 되었으나 아직 골격근에 대한 연구는 없었다. 본 연구에서 멜라토닌이 골격근의 허혈-재관류 손상에 미치는 효과에 대해 알아보고, 수산기 (hydroxyl radical) 제거를 통해 골격근을 보호하는 dimethyl sulfoxide (DMSO)의 효과와 비교하였다. 64마리의 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐의 좌측 전경골근과 비복근을 대상 골격근으로 하여 대조군, 허혈-재관류군, 허혈-재관류 및 DMSO 투여군, 허혈-재관류 및 멜라토닌 투여군으로 나누었다. 대조군을 제외한 각 군은 왼쪽 뒷다리의 대퇴동맥을 혈관 겸자로 묶어 4시간 동안 혈액순환을 완전히 차단한 후 각 군을 다시 1시간 및 24시간 재관류군으로 나누었다. DMSO 투여군은 재관류 30분 전에 1.5 g/kg의 DMSO를 복강 내로 투여하였고, 멜라토닌 투여군은 재관류 30분전에 10 mg/kg의 멜라토닌을 복강 내로 주사하였다. 골격근 손상의 지표로서, 근육의 부종율, 혈청 creatine kinase (CK)와 근육의 malondialdehyde (MDA)를 측정하고 조직검사를 통해 광학 및 전자현미경 조직소견을 확인하였다. 멜라토닌 투여군중 1시간 재관류군은 허혈-재관류군에 비해 부종율, CK 수치가 유의하게 낮았고, 24시간 재관류군은 허혈-재관류군에 비해 부종율, CK, MDA 수치가 모두 유의하게 낮았으며, 각군 모두 DMSO 투여군에 비해 근육부종율, CK 수치가 유의하게 낮았다. 부종율은 각 군의 24시간 재관류군에서 1시간 재관류군에 비해 증가하는 양상을 보였는데, 그 증가 비율이 멜라토닌 투여군에서 가장 낮았다. CK 농도는 허혈-재관류군에 비해 DMSO 투여군 및 멜라토닌 투여군 모두 유의하게 낮았고, 멜라토닌 투여군이 DMSO 투여군보다 유의하게 낮았다. 근육내 MDA 농도는 멜라토닌 투여군이 DMSO 투여군보다 낮았으며 24시간 재관류군에서 유의하게 낮았다. 조직검사 결과 손상 정도는 허혈-재관류군이 가장 심하였으며, DMSO 투여군은 약간의 차이는 있었으나 간질의 부종과 염증 세포의 침착, 근섬유의 변성이 심했다. 반면 멜라토닌 투여군은 허혈-재관류군이나 DMSO 투여군에 비해 심하지 않은 조직학적 변화를 보였다. 이상에서 볼 때 멜라토닌은 골격근의 허혈-재관류 손상을 DMSO보다 효과적으로 예방하며, 임상적으로 골격근의 허혈-재관류 손상이 예상되는 상황에서 손상을 최소화시킬 수 있는 약물의 하나로 사용을 고려해 볼 수 있을 것이다.;The ischemia-reperfusion injury of skeletal muscles is caused by generation of reactive oxygen during reperfusion. Melatonin or N-Acetyl-5- methoxytryptamine which is produced by the pineal gland in all vertebrates, is suggested to have antioxidant effects in damaged tissue. We examined the protective effect of melatonin in a rat hind limb ischemia-reperfusion injury. Dimethyl-sulfoxide(DMSO), a well-known antioxidant was also tested for comparison. The rats were divided into four groups: single laparotomy control group (group Ⅰ), ischemia-reperfusion group (group Ⅱ), DMSO-treated group (group Ⅲ), melatonin-treated group (group Ⅳ). Ischemia was induced for 4 hour by vascular clamping and followed by 1hour (group Ⅱ-1, Ⅲ-1, Ⅳ-1) or 24 hour of reperfusion (group Ⅱ-24, Ⅲ-24, Ⅳ-24). DMSO (1.5g/kg) or melatonin (10mg/kg) were administered intra- peritoneally at 30minutes before reperfusion. Edema ratio of muscle, serum level of creatine kinase(CK), and muscle tissue malondialdehyde (MDA), were measured at the end of reperfusion. Also, muscle tissue samples were taken for histological evaluation. The results were as follows: 1. The level of edema ratio, serum CK, and muscle MDA concentration increased steeply in group Ⅱ-1 and Ⅱ-24 than group Ⅰ-1 and Ⅰ-24. 2. DMSO (group_Ⅲ-1, Ⅲ-24) and melatonin-treated group (group Ⅳ-1, Ⅳ-24) showed significant amelioration of edema ratio compared with ischemia-reperfusion group (group Ⅱ-1, Ⅱ-24). The decreasing effect was more prominent in melatonin group. 3. DMSO (group Ⅲ-1, Ⅲ-24) and melatonin-treated group (group Ⅳ-1, Ⅳ-24) showed significant amelioration of serum CK concentration compared with ischemia-reperfusion group (group Ⅱ-1, Ⅲ-24). 4. The muscle tissue MDA concentration is significantly lower in melatonin group (group Ⅳ-24) than ischemia-reperfusion group (group Ⅱ-24). 5. The edema ratio and serum CK was significantly lower in melatonin-treated group (group Ⅳ-1, Ⅳ-24) than in DMSO-treated group (group Ⅲ-1, Ⅲ-24). 6. In light microscopic study, ischemia-reperfusion group (group Ⅱ-24) showed severe neutrophil infiltration, interstitial edema, and partial loss or degeneration of muscle fibers. The muscle tissue of melatonin-treated group showed relatively normal architecture with mild inflammatory cell infiltration. 7. In electomicroscopic study, dilated cisternae of sarcoplasmic reticulum, dilated mitochondria with electron loose matrix and dilated cristae, disordered or loss of myofilament, indistinct A-band and I-band, intracytoplasmic vacuoles, and markedly decreased glycogen granules were observed in ischemia-reperfusion group. But relatively well maintained A-band, I-band, Z-line, M-line, and mildly dilated mitochondria with well preserved cristae were observed in melatonin- treated group. The DMSO-treated group shows intermediately attenuated ultrastructural changes. From the above results it is concluded that the ischemia-reperfusion injuries were less severe in the melatonin-treated group. And melatonin prevents and improves ischemia-reperfusion injury more effectively in a rat hind limb than DMSO dose. Thus, clinically the melatonin may be used for a beneficial treatment of such injuries.
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